(57)【要約】【課題】複数の導体素線から構成される集合導体を曲げて導体セグメントとして用いる際に、複数の導体素線を捩じる転位部の位置の制約を緩和することである。【解決手段】導体セグメント２０は、θ方向に並ぶ４個の導体素線３２，３４，３６，３８を有する集合導体で構成される略Ｕ字型の形状の導線である。導体セグメント２０の渡り部２６には、導体素線３２，３４，３６，３８の両端の間のインピーダンスの差を相殺するために、導体素線３２，３４，３６，３８の並列配置の順序を変更して捩じる転位部５０が設けられる。この転位部５０は、渡り部２６の延伸方向に沿って、４つの位置ａ，ｂ，ｃ，ｄに分散して設けられる。この４つの位置ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて、導体素線３２，３４，３６，３８が順次平行配列の順序を変更する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導体素線を並列配置して一体化した集合導体を、渡り部と渡り部の両側の挿入部とを形成するようにＵ字型とした導体セグメントであって、
渡り部において、複数の導体素線の並列配置の順序を変更して捩じる転位部を設ける際に、渡り部の延伸方向に沿って転位部の位置を複数の位置に分散して各導体素線が順次平行配列の順序を変更することを特徴とする導体セグメント。
【請求項２】
請求項１に記載の導体セグメントにおいて、
複数の導体素線は、少なくとも渡り部のところで、相互に分離されていることを特徴とする導体セグメント。
【請求項３】
渡り部と渡り部の両側の挿入部とを形成するようにＵ字型とした導体セグメントを固定子コアに挿入して相巻線を形成する回転電機固定子であって、
導体セグメントは、複数の導体素線を並列配置して一体化した集合導体をＵ字型とし、
渡り部において、複数の導体素線の並列配置の順序を変更して捩じる転位部を設ける際に、渡り部の延伸方向に沿って転位部の位置を複数の位置に分散して各導体素線が順次平行配列の順序を変更することを特徴とする導体セグメントを用いた回転電機固定子。
【請求項４】
請求項３に記載の導体セグメントを用いた回転電機固定子において、
相巻線は複数の相巻線であって、
固定子コアの周方向の同じ位置に、複数の相巻線の転位部の位置が配置されることを特徴とする導体セグメントを用いた回転電機固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体セグメント及び導体セグメントを用いた回転電機固定子に係り、特に、複数の導体素線を並列配置して一体化した集合導体を所定の形状に形成した導体セグメント及び導体セグメントを用いた回転電機固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子巻線を形成するには、固定子コアに導線を巻回する方法の他に、所定の形状に曲げた線材を固定子コアに挿入し、突き出した先端部を接合する方法がある。後者の方法で用いられる所定の形状に曲げた線材は、セグメントコイル、あるいは導体セグメント等と呼ばれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、回転電機の固定子を形成するのに、固定子コアの下端側から導体セグメントを挿通し、上端側から突出する先端部同士を接合することが述べられている。
【０００４】
導体セグメントは、１本の導線を曲げて用いることができる。また、渦電流損失を抑制するために、複数の導体素線に分割して導体素線の間を絶縁層で分離した集合導体を用いることができる。
【０００５】
集合導体の例として、特許文献２には、多角形の断面形状を有する導体線を互いに平行に複数本集合配置して形成される集合導体において、各導体線を線材絶縁膜で被覆し、集合導体全体の最外周を押出し方法で形成された耐熱性樹脂で被覆することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、それぞれが絶縁体で被覆された素線を複数集合させ、さらにその全体を絶縁体で被覆した絶縁導線において、素線を被覆する絶縁体が外周の絶縁体よりも伸長性がよく、外周の絶縁体が素線を被覆する絶縁体よりも耐熱性がよいものとすることが開示されている。これによって、絶縁導線の曲げ加工において絶縁体等に割れが生じることを抑制できると述べられている。
【０００７】
また、特許文献４には、回転電機巻線用の導線として、断面が矩形の角線を導体素線として１層の中で平面的に並列に複数配置して相互を融着剤や接着剤で結着し、この層を互いに決着しないで複数層積層する構成が述べられている。このように断面形状で縦横にそれぞれ複数の導体素線で構成される導線を、回転電機の３相分布巻型巻線に用いることが第４実施形態で述べられている。ここでは、１つの相巻線について、ステータコアの複数のスロットの２つおきのスロットに一方のコイルエンド側から他方のコイルエンド側に挿入し、次の２つおきのスロットまで渡り部でつないで、他方のコイルエンド側から一方のコイルエンド側に挿入し、これを順次繰り返して波巻き形状とする。この配置では、コイルエンド部分においての各相巻線の重なりを最大で２相分となり、１つの相のみが設けられる箇所があることが示されている。
【０００８】
集合導体を曲げて用いると、集合導体を構成する複数の導体素線の間でインピーダンスの相違が生じて、複数の導体素線の間に循環電流が発生することがある。
【０００９】
例えば、特許文献４の第４の実施形態のように、断面形状で縦横にそれぞれ複数の導体素線が構成される導線を波巻き形状となるようにステータコアに巻回されると、各導体素線の長さが異なることからインピーダンスの相違が生じ、各導体素線を並列接続された構成となっている導線において、各導体素線の間で循環電流が発生することが述べられている。
【００１０】
そこで、特許文献４の第５の実施形態では、並列配置された複数の導体素線のそれぞれの一部を捩じり、複数の導体素線の間で位置をずらす転位部を設けることが述べられている。複数の導体素線を捩じる転位部では、導体素線が重なるので、コイルエンドの径方向の厚さが厚くなる。そこで、第４の実施形態で述べたコイルエンドにおいて１つの相のみが設けられる箇所に転位部を持ってくることが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−２２３６８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−５５８０６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９８７２６号公報
【特許文献４】特開２０１１−１８８７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献４に述べられているように、集合導体を曲げて導体セグメントとして用いると、渦電流損失を抑制することができるが、循環電流が発生することがある。各導体素線の両端の間のインピーダンス差をなくすには、特許文献４の第５の実施形態のように複数の導体素線を捩じる転位部を設ければよい。しかし、特許文献４の第５の実施形態では、コイルエンドの径方向の厚さが厚くなることを考えて、コイルエンドにおいて１つの相のみが設けられる箇所に転位部を持ってくる必要がある。このように、従来技術では、転位部を設ける位置に制約があり、例えば、コイルエンドにおいて、複数の相が重なる位置には転位部を設けることができない。
【００１３】
本発明の目的は、複数の導体素線から構成される集合導体を曲げて導体セグメントとして用いる際に、複数の導体素線を捩じる転位部の位置の制約を緩和することができる導体セグメント及び導体セグメントを用いた回転電機固定子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る導体セグメントは、複数の導体素線を並列配置して一体化した集合導体を、渡り部と渡り部の両側の挿入部とを形成するようにＵ字型とした導体セグメントであって、渡り部において、複数の導体素線の並列配置の順序を変更して捩じる転位部を設ける際に、渡り部の延伸方向に沿って転位部の位置を複数の位置に分散して各導体素線が順次平行配列の順序を変更することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る導体セグメントにおいて、複数の導体素線は、少なくとも渡り部のところで、相互に分離されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る導体セグメントを用いた回転電機固定子は、渡り部と渡り部の両側の挿入部とを形成するようにＵ字型とした導体セグメントを固定子コアに挿入して相巻線を形成する回転電機固定子であって、導体セグメントは、複数の導体素線を並列配置して一体化した集合導体をＵ字型とし、渡り部において、複数の導体素線の並列配置の順序を変更して捩じる転位部を設ける際に、渡り部の延伸方向に沿って転位部の位置を複数の位置に分散して各導体素線が順次平行配列の順序を変更することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る導体セグメントを用いた回転電機固定子において、相巻線は複数の相巻線であって、固定子コアの周方向の同じ位置に、複数の相巻線の転位部の位置が配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成の少なくとも１つにより、複数の導体素線を含む集合導体で構成される導体セグメントは、渡り部において、複数の導体素線の並列配置の順序を変更して捩じる転位部を設ける際に、渡り部の延伸方向に沿って転位部の位置を複数の位置に分散して各導体素線が順次平行配列の順序を変更する。このように転位部の位置を複数の位置に分散することで、コイルエンドの径方向の厚さ等が厚くなることを抑制することができ、転位部を設ける位置の制約を緩和できる。
【００１９】
また、導体セグメントにおいて、複数の導体素線は、少なくとも渡り部のところで、相互に分離されているので、捩じりを容易に行うことができる。
【００２０】
また、上記構成の少なくとも１つにより、回転電機固定子は、複数の導体素線を含む集合導体で構成される導体セグメントを用いる。ここで、導体セグメントは、渡り部において、複数の導体素線の並列配置の順序を変更して捩じる転位部を設ける際に、渡り部の延伸方向に沿って転位部の位置を複数の位置に分散して各導体素線が順次平行配列の順序を変更する。このように転位部の位置を複数の位置に分散することで、コイルエンドの径方向の厚さ等が厚くなることを抑制することができ、転位部を設ける位置の制約を緩和できる。したがって、循環電流の発生を抑制しながら、渦電流損失を抑制した回転電機固定子とできる。
【００２１】
また、導体セグメントを用いた回転電機固定子において、相巻線は複数の相巻線であって、固定子コアの周方向の同じ位置に、複数の相巻線の転位部の位置が配置される。すなわち、上記構成によれば、転位部の位置の制約が抑制されるので、このように、固定子コアの周方向の同じ位置に、複数の相巻線の転位部の位置が配置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る実施の形態における回転電機固定子の構成を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ部の断面拡大図で、固定子コアのスロット内に配置される集合導体を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、集合導体で構成される導体セグメントに複数の位置に分散した転位部が設けられることを示す図である。
【図４】比較例として、集合導体で構成される導体セグメントに転位部が設けられないときに発生する循環電流を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、導体セグメントを構成する集合導体として、４個×２個の導体素線が集合したものを述べるが、これは説明のための例示であって、勿論、導体素線の数はこれ以外であっても構わない。また、導体素線として矩形断面の角線を述べるが、これも説明のための例示であって、多角形断面、楕円形断面、亀甲形断面、丸形断面であっても構わない。導体セグメントは、略Ｕ字型に形成するものとして述べるが、この略Ｕ字型とは、固定子コアにおいて所定間隔離れた２つのスロットに先端部を挿入することができる形状を示したもので、渡り部と渡り部の両側に挿入部がある形状のことである。したがって、渡り部が直線的でなくてもよく、挿入部の先端側がさらに曲げられていても構わない。
【００２４】
以下で述べる形状、材質等は、例示であって、回転電機固定子の仕様に応じ、適宜変更が可能である。
【００２５】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２６】
図１は、三相同期型回転電機に用いられる回転電機固定子１０の斜視図である。回転電機固定子１０は、固定子コア１２と、固定子コア１２のスロット１４を通って巻回される各相巻線１６と、各相巻線１６から引き出される各相端子１８を含んで構成される。
【００２７】
図１には、固定子コア１２の軸方向を示すＺ方向と、固定子コア１２の周方向を示すθ方向と、固定子コア１２の径方向を示すＲ方向が示されている。
【００２８】
各相巻線１６は、複数の導体セグメント２０を相互に接続することで構成される。ここで導体セグメント２０は、渡り部２６と渡り部２６の両側の挿入部２４とを形成するようにＵ字型とした導線である。図１の例では、固定子コア１２のＺ方向に沿った一方側の端部に渡り部２６が来るようにして、渡り部２６の両側の挿入部２４を固定子コア１２に挿入する。両側の挿入部２４は、固定子コア１２の周方向に沿って予め定めたスロット間隔だけ離れた２つのスロット１４にそれぞれ挿入される。スロット１４を通って、固定子コア１２のＺ方向に沿った他方側の端部から突き出た挿入部２４の先端部２２は、他の導体セグメント２０の先端部と溶接等によって接続される。図１では、溶接部４０が示されている。溶接部４０は、導体セグメント２０の先端部２２における最先端の端部である。
【００２９】
このように、固定子コア１２の一方側の端部には、導体セグメント２０の渡り部２６が突き出して配置され、他方側の端部には、導体セグメント２０の先端部２２が突き出して配置される。固定子コア１２の端部において導体セグメント２０が突き出す部分は、コイルエンドと呼ばれる。この回転電機固定子１０は、三相巻線を用い、コイルエンドのθ方向に沿った同じ位置に、各相巻線の溶接部４０，４２が集まる構造となっている。
【００３０】
図２は、図１のＡ部のスロット１４において、Ｒ−θ平面に平行な面で切断した断面図である。スロット１４には、６つの導体セグメント２０が配置されている。勿論、これと異なる数の導体セグメント２０が配置されるものとしてもよい。スロット１４における導体セグメント２０は、挿入部２４の部分である。図２にはさらに、１つの導体セグメント２０の挿入部２４の拡大断面図が示されている。
【００３１】
挿入部２４として示される導体セグメント２０は、矩形断面の導体２８の周囲を絶縁層２９で被覆した導体素線３２等を並列配置して一体化した集合導体３０で構成される。図２では、集合導体３０は、θ方向に４個、Ｒ方向に２個、合計８個の導体素線３２等で構成される。θ方向に並ぶ４個については、導体素線３２，３４，３６，３８と符号を付した。
【００３２】
８つの導体素線３２等を１つの集合導体３０として一体化するために、適当な接着剤あるいは結着剤を用いることができる。このような接着剤等としては、ポリビニル系の樹脂接着剤を用いることができる。導体セグメント２０は、集合導体３０を略Ｕ字型に成形して用いるので、接着または結着は、各導体素線３２等がバラバラにならない程度の緩やかなものでよい。特に、後述するように、各導体素線３２等は渡り部２６において捩じりを受けるので、少なくとも渡り部２６においては、各導体素線３２等は、相互に分離された状態とされる。
【００３３】
導体２８は、電気導電率のよい金属線材である。材質としては、銅、アルミニウム、銀、鉄、金、またはそれらの合金が好ましい。絶縁層２９は、樹脂被膜を用いることができ。樹脂としては、ポリビニルブチラール系、ポリアミド系、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系等を用いることができる。樹脂被膜の他、導体２８の酸化膜、酸化物被膜等を用いてもよい。
【００３４】
図３に、導体セグメント２０を示す。図３（ａ）は、正面図として、Ｚ−θ平面で見た様子を示す図で、図３（ｂ）は、Ｚ−θ平面で見た渡り部２６の部分拡大図、図３（ｃ）は、Ｒ−θ平面で見た渡り部２６の部分拡大図である。
【００３５】
導体セグメント２０は、最先端に溶接部４０，４２を有する先端部２２、挿入部２４、渡り部２６を含み、略Ｕ字型の形状の導線である。導体セグメント２０は、図２で説明したように、θ方向に４個、Ｒ方向に２個の互いに並列配置された導体素線で構成される。ここでは、θ方向に並ぶ４個の導体素線３２，３４，３６，３８が示されている。
【００３６】
導体セグメント２０の渡り部２６には、導体素線３２，３４，３６，３８の両端の間のインピーダンス差を相殺するために、導体素線３２，３４，３６，３８の並列配置の順序を変更して捩じる転位部５０が設けられる。この転位部５０は、渡り部２６の延伸方向に沿って、４つの位置ａ，ｂ，ｃ，ｄに分散して設けられる。この４つの位置ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて、導体素線３２，３４，３６，３８が順次平行配列の順序を変更する。
【００３７】
具体的には、導体素線３２，３４，３６，３８の一本一本のそれぞれが個別に、θ方向とＺ方向へシフトしながら曲げ成形されて捩じられる。図２で述べたように、渡り部２６において、各導体素線３２等は相互に分離された状態とされるので、容易に捩じり成形を行うことができる。
【００３８】
ここでは、Ｚ方向に沿って外側にある導体素線３８が捩じりによってθ方向にシフトするうちにＺ方向に沿って内側にその位置を変え、Ｚ方向に沿って内側にある導体素線３２が捩じりによってθ方向にシフトするうちにＺ方向に沿って外側にその位置を変える。これによって、導体セグメント２０の一方側の端部である溶接部４０における導体素線３２等の配置順序と、他方側の端部である溶接部４２における導体素線３２等の配置順序が内外について逆となる。
【００３９】
ここで、導体素線３８は、転位部５０のａの位置で捩じられ、導体素線３６は、転位部５０のｂの位置で捩じられ、導体素線３４は、転位部５０のｃの位置で捩じられ、導体素線３２は、転位部５０のｄの位置で捩じられる。ように、各導体素線３２，３４，３６，３８の捩じられる位置が、θ方向に沿って異なる位置とされる。
【００４０】
これによって、捩じりによって、コイルエンドのＲ方向の厚みが増加しても、導体素線一本分である。従来技術の特許文献４の場合は、同じ転位部の位置で、集合導体を構成する全ての導体素線が捩じられるので、捩じりによって増加するコイルエンドのＲ方向の厚みは、集合導体の厚みとなっている。このように、転位部５０の位置をθ方向の複数の位置に分散することで、捩じりによるコイルエンドのＲ方向の厚みの増加を最小限に抑制し、従来技術に比較して大幅に低減することができる。これによって、固定子コア１２のθ方向の同じ位置に、三相の各相巻線の転位部の位置を配置しても、コイルエンドのＲ方向の厚みがほとんど増加せず、小型の回転電機固定子１０とすることができる。
【００４１】
図４は、比較のために、転位部を設けない導体セグメント２１を示す図である。転位部が設けられないので、略Ｕ字型に成形され、両端の溶接部４０，４２によって電気的に接続された各導体素線３２，３４，３６，３８は、略Ｕ字型全長が互いに異なり、端部間のインピーダンスが相違する。４つの導体素線３２，３４，３６，３８は両端の溶接部４０，４２の間で並列接続されているので、磁場を受けると、このインピーダンスの差によって、溶接部４０，４２の間に循環電流５４，５６が流れる。この循環電流によって、回転電機としての性能が低下する。
【００４２】
図３の構成では、各導体素線３２，３４，３６，３８が転位部５０によって捩じりを受け、導体セグメント２０の一方側の端部である溶接部４０における導体素線３２等の配置順序と、他方側の端部である溶接部４２における導体素線３２等の配置順序が内外について逆となる。これによって、溶接部４０，４２の間における各導体素線３２，３４，３６，３８のインピーダンスの差が相殺される。これによって循環電流の発生が大幅に抑制され、実質上は発生しないものとできる。また、転位部５０の位置をθ方向に沿って分散したので、コイルエンドにおけるＲ方向の厚みの増加を最小限に抑制できる。また、導体セグメント２０は、複数の導体素線３２等を有する集合導体３０で構成されるので、渦電流損失が大幅に低減される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る導体セグメント及び回転電機固定子は、車両に搭載される回転電機に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  回転電機固定子、１２  固定子コア、１４  スロット、１６  各相巻線、１８  各相端子、２０，２１  導体セグメント、２２  先端部、２４  挿入部、２６  渡り部、２８  導体、２９  絶縁層、３０  集合導体、３２，３４，３６，３８  導体素線、４０，４２  溶接部、５０  転位部、５４，５６  循環電流。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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